本發明涉及一種風電機組側有源次同步振蕩抑制裝置及其方法，屬于新能源發電領域。

背景技術：

近年來電網迅速發展，國內多個區域電網出現了風電與直流輸電或串補線路等電網結構相互作用形成的次同步振蕩現象，嚴重時可能導致區域內同步機組次同步保護動作、風電脫網等影響。與同步發電機組為主的傳統次同步振蕩問題不同，這類新型的風電參與的次同步振蕩現象還具有振蕩頻率和振蕩幅度隨機網方式變化而變化的特點。

目前針對風電參與的次同步振蕩研究所提的抑制措施大多從電網角度出發、按集中處理思路進行，例如改變電網串補投入情況避開諧振點，在風電場并聯點改造/新增并聯型靜止同步補償器（簡稱STATCOM）等，這類方法多基于振蕩頻率已知的情況下進行離線整定，提前計算系統諧振頻率，對運行方式改變的適應性較差。

從風電機組側進行次同步振蕩檢測和抑制不失為一種值得嘗試的解決途徑。有學者和專家提出基于風電機組自身變流器進行控制改進的處理方法，然而這一思路未考慮到當前風電設備廠商百花齊放，風電主機廠商和變流器廠商組合配套方式多樣，改造的技術難度和執行困難都不容小覷。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種風電機組側有源次同步振蕩抑制裝置，實現風機次同步振蕩檢測和抑制功能，易于工程改造和實現，且造價成本低。本發明通過在附加三相全控逆變器來產生補償風電機組次同步電流的分量，優化并聯點電流和電壓，增強次同步頻帶上的電氣阻尼，實現系統的次同步振蕩抑制。

為實現上述發明目的，本發明提供的一種風電機組側有源次同步振蕩抑制裝置及其方法，其特征在于，包括與風電機組輸出端相連接的三相全控逆變器，所述風電機組輸出端連接風電機組箱變低壓側輸入端，所述三相全控逆變器與風電機組箱變低壓側輸入端相并聯連接；

其還包括一控制器，用于采集風電機組箱變低壓側電網電壓和風電機組低壓側入網電流，監測機組運行狀態，提取風電機組次同步振蕩信息，同時采集三相全控逆變器的輸出電流和直流電壓作為控制反饋，進而控制增強次同步頻帶上的電氣阻尼，實現整個風電并網系統輸出的次同步振蕩抑制。

進一步的，所述風電機組包括風力發電機以及與風力發電機連接的變流器。

進一步的，所述的三相全控逆變器采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）器件，開關頻率幾千赫茲，輸出采用純電感濾波器，電感取值約為風力發電機及變流器輸出濾波電感的1~3倍。所述控制器的控制方式采用矢量控制和次同步振蕩抑制控制。

一種風電機組側有源次同步振蕩抑制方法，其特征在于，其方法步驟包括：

（1）采集風電機組箱變低壓側電網電壓e_abc、三相逆變器的輸出電流i_1abc、直流電壓Udc，按照常規矢量控制方法，經鎖相環和坐標變換得到電網電壓基準角度θ_e，經過直流電壓控制器和d軸電流控制器、q軸電流控制器，得到基波控制電壓分量e_cd1、e_cq1。

（2）采集低壓側入網電流i_wabc，坐標變換得到同步坐標表示值i_wd、i_wq，再經過帶通濾波器分離直流分量和高頻分量，得到次同步振蕩電流i_ssrd、i_ssrq。

（3）將次同步振蕩電流i_ssrd、i_ssrq經移相變換和比例調節，得到次同步控制分量e_cssrd、e_cssrq。

（4）將基波控制分量矢量e_cd1、e_cq1和次同步控制分量e_cssrd、e_cssrq合成得到經SVPWM（空間矢量脈寬調制，Space Vector Pulse Width Modulation)調制最后得到逆變器開關控制信號，作用于逆變器形成閉環控制，得到次同步振蕩阻尼效果。

進一步的，所述步驟（2）中帶通濾波器基于dq同步旋轉坐標系，可由低通濾波和高通濾波組成。考慮到一般所謂次同步振蕩指功率上2~50Hz的振蕩，對應50±(2~50)Hz的電流三相量，在dq同步坐標系下表現為2~50Hz，從而低通濾波截止頻率取1~6Hz用于濾除直流，高通濾波器的截止頻率取180~250Hz用于濾除高頻諧波。

本發明的有益效果在于：

采集風電機組機端電氣信號并附加小容量逆變器，可實現對風電機組層面的次同步振蕩監測與抑制；

不受限于具體風電機組的結構和控制，方便工程改造；

不必設定次同步振蕩頻率，能適應機網方式變化導致的次同步振蕩變化。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明應用于風電機組并網系統的連接示意圖；

圖2a為本發明應用于風電機組并網系統的次同步電流等值示意圖；

圖2b為本發明應用于風電機組并網系統的基波電流等值示意圖；

圖3為本發明風電機組側有源次同步振蕩抑制裝置控制方法的進一步描述；

圖4為實施例中次同步振蕩抑制的具體執行方法；

圖5a為本實施例風電機組箱變高壓母線上三相線電壓畸變波形圖；

圖5b為本實施例風電機組箱變高壓母線上三相電流變化波形圖；

圖5c為本實施例風電機組箱變高壓母線上輸出有功和無功振蕩的波形圖；

圖5d為實施例中裝置檢測到的次同步振蕩頻。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例：在雙饋風電機組次同步振蕩場景中應用

本發明公開了一種風電機組側有源次同步振蕩抑制裝置，圖1是本發明所述裝置在風機并網系統中的連接示意圖，小容量三相全控逆變器并聯連接于風電機組箱變低壓側，與風電機組呈并聯運行關系，需采集風電機組箱變低壓側電網電壓e_abc、風電機組低壓側入網電流i_wabc來提取風電機組次同步振蕩信息，采集三相逆變器的輸出電流i_1abc、直流電壓U_dc作為反饋信號。

附圖2是裝置簡化的原理說明，通過在附加有源裝置產生補償風電機組次同步電流的分量，優化并聯點電流和電壓，起到對系統次同步振蕩的阻尼作用，圖2a說明本裝置幾乎不產生基波電流，可最小化附加裝置對風電機組正常運行的影響。

附圖3是本發明發明進行風電機組側次同步振蕩抑制的控制方法的進一步描述。檢測得到的低壓側網壓e_abc首先經鎖相環和坐標變換，得到電網電壓基準角度θ_e，經過直流電壓控制器和d軸電流控制器、q軸電流控制器，得到基波控制電壓分量e_cd1、e_cq1；所述基波控制電壓分量的生成方法與變流器矢量控制原理一致，具體不再贅述。

采集風電機組低壓側入網電流i_wabc，經坐標變換得到同步坐標表示值i_wd、i_wq，再經過帶通濾波器分離直流分量和高頻分量，得到次同步振蕩電流i_ssrd、i_ssrq。為解釋本裝置作用原理，此處不妨假定雙饋并網含次同步振蕩場景在三相電流i_wabc上表現為含有5Hz諧波，功率表現為含有45Hz諧波，轉換到dq同步旋轉坐標系上則d軸和q軸電流i_wd、i_wq包含直流量和45Hz次同步分量，故i_wd、i_wq經過帶通濾波器（由5Hz低通濾波和300Hz高通濾波組成）濾除直流分量和可能含有的高頻諧波后將得到45Hz次同步分量，即同步旋轉坐標系下的次同步電流i_ssrd、i_ssrq。

次同步振蕩電流i_ssrd、i_ssrq經移相變換（移相通過次同步坐標系下的角度補償實現）和比例調節器的比例調節，得到次同步控制分量e_cssrd、e_cssrq。本實施例中提供該步驟的一種具體執行方法，如附圖4，將同步旋轉坐標系下的次同步電流i_ssrd、i_ssrq經坐標旋轉轉換為次同步頻率坐標下的次同步頻率電流i_ssrdx、i_ssrqx，其中坐標旋轉角度由次同步鎖相環得到，經PI控制器的積分環節將is_srqx控制為0，則PI控制器輸出即為次同步振蕩電角速度ω_ssr，積分輸出即表征次同步振蕩信息的角度θ_issr；次同步頻率坐標下的次同步頻率電流i_ssrdx、i_ssrqx反變換回到同步旋轉坐標系下得到次同步旋轉電流i_ssrd1、i_ssrq1，反變換使用的角度為θ_issr補償角度θ_com后的值，θ_com值用以補償控制系統時延和濾波滯后；次同步旋轉電流i_ssrd1、i_ssrq1經比例調節器的比例調節得到次同步控制電壓分量e_cssrd、e_cssrq。

將次同步控制分量e_cssrd、e_cssrq與基波控制分量矢量e_cd1、e_cq1合成得到合成控制矢量，經SVPWM調制最后得到三相全控逆變器開關控制信號作用于三相全控逆變器。

本實施例仿真結果如附圖5a-圖5d所示，其是實施例中次同步振蕩抑制效果仿真波形圖波形，分別是風電機組箱變高壓母線三相線電壓、三相電流和輸出功率，以及裝置檢測到的次同步振蕩電角速度。仿真設置2.1s前裝置次同步抑制功能一直投著，2.1s后裝置次同步抑制功能退出（圖3中次同步抑制功能使能置0）。對比2.1s前后仿真波形，2.1s前盡管雙饋機組并網系統具備次同步振蕩可能，但可以看到高壓母線上電壓和電流波形較好，系統振蕩被抑制，波形較好；而2.1s后裝置次同步抑制功能退出，系統次同步振蕩逐步惡化，2.1s后圖5a中三相線電壓有畸變，圖5b中三相電流明顯更大，圖5c中輸出有功和無功振蕩明顯，圖5d是實施例中裝置檢測到的次同步振蕩頻。仿真結果表明本發明所述裝置在實施例中的應用有效。

本發明采集風電機組機端電氣信號并附加小容量逆變器，可實現對風電機組層面的次同步振蕩監測與抑制；不受限于具體風電機組的結構和控制，方便工程改造；不必設定次同步振蕩頻率，能適應機網方式變化導致的次同步振蕩變化。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。